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原文传递电动汽车用多相电机驱动系统研究

论文题名：	电动汽车用多相电机驱动系统研究
关键词：	电动汽车;多相电机;驱动系统;容错控制策略;弱磁算法;多平面特性
摘要：	电动汽车具有污染小、噪声低、节能环保等诸多优点，得到广泛关注和普遍重视。同时，电动汽车因其特殊的性能要求与恶劣的运行环境，对电机驱动系统提出了苛刻的要求。与三相电机驱动系统相比，多相电机驱动系统具有许多突出的优点，为电动汽车的动力执行机构提供了一种新的解决方案。本文针对电动汽车用多相电机驱动系统的关键技术，构建了一套多相感应电机驱动系统进行研究，文章主要内容如下: 　　首先，为提高电动汽车用电机驱动系统的转矩输出和功率密度，对多相感应电机的非正弦供电技术进行研究，并分析了谐波注入后电机转矩和功率密度提高的原因。利用绕组函数法，分析了多相感应电机时空磁动势分布，并推导了多平面转子磁场定向控制的数学模型。针对不同相数的多相感应电机，分别探讨了谐波如何选择、各次谐波含量比例和相位如何确定，以及注入谐波后对电机齿部磁密和轭部磁密的影响。电机处于不同负载条件下，保持相同的气隙磁密和轭部磁密，比较了正弦供电与非正弦供电下的电机性能，表明多相感应电机非正弦供电技术适用于重载场合。考虑到气隙磁密受到电机负载影响，通过实时调整基波和谐波转子磁场方向，进而保证气隙磁密在不同负载条件下为平顶波。　　其次，针对电动汽车用电机驱动系统容易出现的缺相故障，保证其故障后能够继续运行，提出了不同优化目标的容错控制策略。基于故障前后磁动势不变的原则，通过对剩余相电流的重构，实现故障后无扰运行。故障发生后，根据不同约束条件，采用电流幅值相等法、最小定子铜耗法和最小脉动转矩法进行分析与对比。考虑到故障后基波平面和谐波平面不再解耦，并且磁场耦合会对电机运行造成影响，采用了磁动势理论对其进行重点分析。故障后电流不再对称，为避免滞环等控制方法带来的不利影响，电流环采用了比例谐振(PR)控制，实现了相坐标系下的电流精确跟踪。　　再次，以拓宽电动汽车速度运行范围，对多相感应电机弱磁控制技术进行了研究与分析。针对传统弱磁算法存在的问题，提出了一种定子磁链优化的弱磁控制算法，以实现弱磁下的最大转矩输出，并且保持良好的稳态和动态性能。详细分析了谐波平面对弱磁区间运行的影响，采用非正弦供电技术有效提高直流电压利用率。受到电池储能技术的限制，电机运行效率也是电动汽车驱动系统的关键技术之一。从电机整体效率最优角度考虑，结合电机定转子铜耗和铁耗的计算方法，对恒转矩和弱磁区间的电机运行效率进行了定量分析与优化。　　最后，针对电动汽车运行环境恶劣而导致测速机构易发生故障等问题，利用多相电机多平面特性，提出了一种带转子参数辨识的无速度传感器运行方法。通过利用多相感应电机的多平面特性，实现电机运行过程中多个参数并行辨识。基波平面实现转子时间常数在线观测，谐波平面实现定子电阻和速度辨识，进而提高电机无速度传感器运行性能。在此基础之上，通过对电机缺相后滑模观测器的修正，实现了故障下无速度传感器运行，提高电动汽车在极端恶劣环境中的运行能力。
作者：	孔武斌
专业：	电机与电器
导师：	黄进
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文